2021届高考物理一轮复习核心素养测评十八动量动量定理含解析

动量　动量定理

(45分钟　100分)

一、选择题(本题共9小题，每小题6分，共54分，1～6题为单选题，7～9题为多选题)

1.“长征九号”运载火箭将有望在2030年前后实现首飞。“长征九号”运载火箭箭体直径9.5米，全箭总长近百米，运载能力是现有中国火箭最大运载能力的5倍多，最大运载能力和综合性能指标将达到国际运载火箭的先进水平，有望在2030年前后实现首飞。若在某次实验中该发动机向后喷射的气体速度约为3 km/s，它在1 s时间内喷射的气体质量约为1.6×103 kg。那么所产生的推力约为              (　　)

A.4.8×105 N　　　　　　B.4.8×106 N

C.4.8×107 N     D.4.8×104 N

【解析】选B。设某次实验中该发动机向后喷射气体所产生的推力为F，对该气体根据动量定理有：Ft=mv-0，解得F==4.8×106 N，故选项B正确。

2.(2020·西城区模拟)1966年，在地球的上空完成了用动力学方法测质量的实验。实验时，用“双子星号”宇宙飞船去接触正在轨道上运行的火箭组(后者的发动机已熄火)，接触以后，开动“双子星号”飞船的推进器，使飞船和火箭组共同加速，推进器的平均推力F=895 N，推进器开动时间Δt=7 s。测出飞船和火箭组的速度变化Δv=0.91 m/s。已知“双子星号”飞船的质量m1=3 400 kg，由以上实验数据可测出火箭组的质量m2为              (　　)

A.3 400 kg    B.3 485 kg

C.6 265 kg    D.6 885 kg

【解析】选B。根据动量定理得FΔt=(m1+m2)Δv，代入数据解得m2≈3 485 kg，B选项正确。

3.(2020·合肥模拟)航天器离子发动机原理如图所示，首先电子枪发射出的高速电子将中性推进剂离子化(即电离出正离子)，正离子被正、负极栅板间的电场加速后从喷口喷出，从而使航天器获得推进或姿态调整的反冲力。已知单个正离子的质量为m，电荷量为q，正、负极栅板间加速电压为U，从喷口喷出的正离子所形成的电流为I。忽略离子间的相互作用力，忽略离子喷射对航天器质量的影响。该发动机产生的平均推力F的大小为              (　　)

A.I     B.I

C.I     D.2I

【解析】选A。以正离子为研究对象，由动能定理得qU=mv2，Δt时间内通过的总电荷量为Q=IΔt，喷出的正离子总质量为M=m=m。由动量定理可知正离子所受的平均冲量F′Δt=Mv，联立以上式子可得F′=I，根据牛顿第三定律可知，发动机产生的平均推力F=I，故A正确。

4.如图所示，轻质弹簧固定在水平地面上。现将弹簧压缩后，将一质量为m的小球静止放在弹簧上，释放弹簧后小球被竖直弹起，小球离开弹簧时速度为v，则小球被弹起的过程(小球由静止释放到离开弹簧的过程)中              (　　)

A.地面对弹簧的支持力冲量大于mv

B.弹簧对小球的弹力冲量等于mv

C.地面对弹簧的支持力做功大于mv2

D.弹簧对小球的弹力做功等于mv2

【解析】选A。规定竖直向上为正方向，对小球受力分析，受到竖直向下的重力和竖直向上的弹力作用，故根据动量定理可得IF-IG=mv，所以弹簧对小球的弹力的冲量IF=mv+IG，B错误；地面对弹簧的支持力和弹簧对地面的弹力是一对相互作用力，所以N=F，故|IN|=|IF|=mv+|IG|>mv，A正确；根据动能定理得WF-WG=mv2，所以WF=WG+mv2>mv2，由于弹簧没有发生位移，所以地面对弹簧的支持力不做功，故C、D错误。

5.使用无人机植树时，为保证树种的成活率，将种子连同营养物质制成种子胶囊。播种时，在离地面10 m高处以15 m/s的速度水平匀速飞行的无人机上，播种器利用空气压力把种子胶囊以5 m/s 的速度(相对播种器)竖直向下射出，种子胶囊进入地面下10 cm深处完成一次播种。已知种子胶囊的总质量为20 g，不考虑其所受大气阻力及进入土壤后的重力作用，取g=10 m/s2，则              (　　)

A.射出种子胶囊的过程中，播种器对种子胶囊做的功为2.5 J

B.离开无人机后，种子胶囊在空中运动的时间为 s

C.土壤对种子胶囊冲量的大小为3 kg·m/s

D.种子胶囊在土壤内受到平均阻力的大小为 22.5 N

【解析】选D。射出种子胶囊的过程中，播种器对种子胶囊做的功等于其动能的增量，即W=mv2=×0.02×52 J=0.25 J，A错误；胶囊离开无人机后在竖直方向做匀加速直线运动，由h=vt+gt2得：10=5t+×10t2，解得t=1 s(另一个解舍去)，B错误；种子胶囊落地时竖直速度vy=v+gt=15 m/s，水平速度vx=v0=15 m/s，进入土壤时竖直方向h′=，t′=，可求得t′= s。

由动量定理I=Ft′=0-(-mv)

v=

可解得：土壤对种子胶囊的冲量I=mv=0.3 kg·m/s，平均阻力大小F=22.5 N，故C错误，D正确。

6.(2019·佛山模拟)如图所示，一轻质弹簧固定在墙上，一个质量为m的木块以速度v0从右侧沿光滑水平面向左运动并与弹簧发生相互作用。设相互作用的过程中弹簧始终在弹性限度范围内，那么，在整个相互作用的过程中弹簧对木块冲量I的大小和弹簧对木块做的功W分别是              (　　)

A.I=0，W=m　　　 B.I=mv0，W=m

C.I=2mv0，W=0   D.I=2mv0，W=m

【解析】选C。在木块与弹簧接触到将弹簧压缩为最短的过程中，弹簧对木块做负功，在弹簧将木块弹出的过程中，弹簧对木块做正功，且正功与负功的绝对值相等，故在整个相互作用的过程中弹簧对木块做的总功W=0。从而，木块将以v0的速度被弹回，由动量定理可得，在整个相互作用的过程中弹簧对木块冲量I的大小I=2mv0，故C正确。

【加固训练】 (2019·泰安模拟)如图所示，竖直平面内有一半圆槽，A、C等高，B为圆槽最低点，小球从A点正上方O点静止释放，从A点切入圆槽，刚好能运动至C点。设球在AB段和BC段运动过程中，运动时间分别为t1、t2，合外力的冲量大小为I1、I2，则              (　　)

A.t1>t2　　　　　 B.t1=t2

C.I1>I2    D.I1=I2

【解析】选C。小球从A点正上方O点静止释放，做自由落体运动，从A点切入圆槽，刚好能运动至C点，即从A到C速度越来越小，AB段平均速率大于BC段平均速率，两段路程相等，所以球在AB段和BC段运动过程中的运动时间为t1<t2，故A、B错误，沿圆心方向的合力与速度垂直，动量变化为零，AB段平均速率大于BC段平均速率，说明切线方向上AB段速度变化量较大，根据动量定理，合外力的冲量等于动量的变化，所以合外力的冲量大小为I1>I2，故C正确，D错误。

7.2019年清华附中勇夺北京中学生篮球冠军赛比赛冠军。假设比赛中相距为l的甲、乙两名队员在传球时，抛球和接球时手的高度相同，球在空中的运动时间为t。若不计空气阻力，关于传球过程中的有关物理学知识，以下说法正确的是              (　　)

A.球出手后，经时间后到达最高点

B.球在最高点的速度大小为

C.传球过程中，重力对球的冲量为零

D.传球过程中，重力始终不做功

【解析】选A、B。球出手后，先做斜上抛运动，到达最高点后，又做平抛运动，两段运动具有相等时间，所以到达最高点的时间为，A正确；球在最高点，竖直方向上的速度为零，只有水平方向上的速度，而球在水平方向上做匀速直线运动，在t时间内水平位移为l，故球在最高点的速度大小为v=，B正确；传球过程中，重力始终存在，根据动量定理可知重力对球的冲量为I=mgt，C错误；传球过程中球在竖直方向上的位移先向上后向下，所以重力先做负功后做正功，D错误。

【加固训练】(多选)如图所示，一个质量为0.18 kg的垒球，以25 m/s的水平速度飞向球棒，被球棒打击后反向水平飞回，速度大小变为45 m/s，设球棒与垒球的作用时间为0.01 s。下列说法正确的是              (　　)

A.球棒对垒球的平均作用力大小为1 260 N

B.球棒对垒球的平均作用力大小为360 N

C.球棒对垒球做的功为126 J

D.球棒对垒球做的功为36 J

【解析】选A、C。设球棒对垒球的平均作用力为F，由动量定理得Ft=m(v-v0)，取v=45 m/s，则v0=-25 m/s，代入上式，得F=1 260 N，由动能定理得W=mv2-m=126 J，选项A、C正确。

8.如图所示，质量为m、2m的甲、乙两个同种材质的物体静止在粗糙水平面上，某时刻，它们同时受到水平恒力F，经过时间t，同时撤掉力F。下列叙述中，正确的是              (　　)

A.在力F作用的时间内，两物体动量变化Δp甲<Δp乙

B.在力F作用的时间内，两物体动量变化Δp甲>Δp乙

C.在力F作用的时间内，两物体摩擦力的冲量I甲<I乙

D.在力F作用的时间内，两物体摩擦力的冲量I甲>I乙

【解析】选B、C。由I=Ft可知，两物体的恒力的冲量相同；由于两物体的质量不同，故在相同时间内乙物体所受到的摩擦力大于甲物体受到的摩擦力；摩擦力的冲量I甲<I乙；乙物体受到的合外力的冲量小于甲的冲量，由动量定理可知，两物体动量变化Δp甲>Δp乙，故B、C正确，A、D错误。

9.水平推力F1和F2分别作用于水平面上原来静止的质量相等的a、b两物体上，作用一段时间后撤去推力，物体将继续运动一段时间停下，两物体的v-t图象如图所示。已知图中线段AB∥CD，则整个运动过程中              (　　)

A.F1的冲量小于F2的冲量

B.F1的冲量等于F2的冲量

C.两物体受到的摩擦力大小相等

D.两物体受到的摩擦力大小不等

【解析】选A、C。题图中AB与CD平行，说明推力撤去后两物体的加速度相同，而撤去推力后物体受到的合力等于摩擦力，根据牛顿第二定律可知，两物体受到的摩擦力大小相等，故C正确，D错误。根据动量定理，对整个过程研究得，F1t1-ftOB=0，F2t2-ftOD=0；由题图看出，tOB<tOD，则有F1t1<F2t2，即F1的冲量小于F2的冲量，故A正确，B错误。

二、计算题(16分，需写出规范的解题步骤)

10.(2019·合肥模拟)将质量为500 g的杯子放在台秤上，一个水龙头以每秒

700 g水的流量注入杯中。注至10 s末时，台秤的读数为78.5 N，则注入杯中水流的速度是多大？

【解析】以在很短时间Δt内，落在杯中的水柱Δm为研究对象，水柱受向下的重力Δmg和向上的作用力F。

设向上的方向为正，由动量定理得：

(F-Δmg)Δt=0-(-Δmv)

因Δm很小，Δmg可忽略不计，

并且=0.7 kg/s

F=v=0.7v(N)

台秤的读数G读=(m杯+m水)g+F

78.5 N=(0.5+0.7×10)×10 N+0.7v

解得v=5 m/s。

答案：5 m/s

【加固训练】(2018·江苏高考)如图所示，悬挂于竖直弹簧下端的小球质量为m，运动速度的大小为v，方向向下。经过时间t，小球的速度大小为v，方向变为向上。忽略空气阻力，重力加速度为g，求该运动过程中，小球所受弹簧弹力冲量的大小。

【解析】取向上为正方向，由动量定理得

mv-(-mv)=I

且I=(-mg)t

解得IF=t=2mv+mgt

答案：2mv+mgt

11.(10分)(多选)(2020·长春模拟)如图所示，一物体分别沿三个倾角不同的光滑斜面由静止开始从顶端下滑到底端C、D、E处，三个过程中重力的冲量依次为I1、I2、I3，动量变化量的大小依次为Δp1、Δp2、Δp3，则有              (　　)

A.三个过程中，合力的冲量相等，动量的变化量相等

B.三个过程中，合力做的功相等，动能的变化量相等

C.I1<I2<I3，Δp1=Δp2=Δp3

D.I1<I2<I3，Δp1<Δp2<Δp3

【解析】选A、B、C。由机械能守恒定律可知物体下滑到底端C、D、E的速度大小相等，动量变化量的大小Δp=mv相等，即Δp1=Δp2=Δp3；根据动量定理，合力的冲量等于动量的变化量，故合力的冲量也相等，注意不是相同(方向不同)；设斜面的高度为h，从顶端A下滑到底端，由=gsinθt2得物体下滑的时间t=，所以θ越小，sin2θ越小，t越大，重力的冲量I=mgt就越大，故I1<I2<I3，故A、C正确，D错误；物体下滑过程中只有重力做功，故合力做的功相等，根据动能定理，动能的变化量相等，故B正确。

12.(20分)如图甲所示是明德中学在高考前100天倒计时宣誓活动中为给高三考生加油，用横幅打出的激励语。下面我们来研究横幅的受力情况，如图乙所示，若横幅的质量为m，且质量分布均匀、由竖直面内的四条轻绳A、B、C、D固定在光滑的竖直墙面上，四条绳子与水平方向的夹角均为θ，其中绳A、B是不可伸长的刚性绳，绳C、D是弹性较好的弹性绳且对横幅的拉力恒为T0，重力加速度为g。

(1)求绳A、B所受力的大小。

(2)在一次卫生大扫除中，楼上的小明同学不慎将质量为m0的抹布滑落，正好落在横幅上沿的中点位置。已知抹布的初速度为零，下落的高度为h，忽略空气阻力的影响。抹布与横幅撞击后速度变为零，且撞击时间为t，撞击过程横幅的形变极小，可忽略不计，求撞击过程中，绳A、B所受平均拉力的大小。

【解析】(1)横幅在竖直方向上处于平衡状态

2Tsin θ=2T0 sin θ+mg

解得T=T0+

(2)抹布做自由落体运动，其碰撞前的速度满足

2gh=

碰撞过程中横幅对抹布的平均作用力为F，由动量定理可得-(F-m0g)t=0-m0v0

解得F=m0g+

由牛顿第三定律可知抹布对横幅的平均冲击力F′=F

横幅仍处于平衡状态：

2T1sin θ=2T0sin θ+mg+F′

解得T1=T0++

答案：(1)T0+

(2)T0++